Die Tierzelle: Struktur, Organellen und Lebensfunktionen

Grundlagen der Zellbiologie

Grundlegende Lebensprozesse

• Ernährung (Stoffwechsel): Der Prozess, durch den lebende Materie Energie und Stoffe aus der internen und externen Umgebung aufnimmt, um ihre Funktionen zu erfüllen.
• Reizbarkeit/Reaktion: Der Prozess, durch den Lebewesen Informationen aus ihrer internen und externen Umgebung erhalten und ihren Betrieb anpassen, um in dieser Umgebung zu überleben.
• Reproduktion (Fortpflanzung): Der Prozess, durch den Lebewesen neue Einheiten hervorbringen, die ihnen ähnlich oder gleich sind.

Zelltypen im Überblick

Eukaryotische Zelle

Eukaryotische Zellen besitzen ihr grundlegendes Erbmaterial (die genetische Information) innerhalb einer doppelten Membran, der Kernhülle, die den Zellkern (*Nucleus*) definiert. Diese Zellen sind im Vergleich zu anderen mikroskopischen Zellen oft größer und vielfältiger.

Prokaryontische Zelle

Prokaryotische Zellen besitzen keinen deutlichen Zellkern; ihre DNA ist im Zytoplasma verteilt. Zellen mit einem Zellkern, dessen DNA von einer Membran umschlossen ist, werden Eukaryonten genannt. Eukaryonten bilden die komplexeren und bekannteren Lebensformen.

Die Tierzelle

Eine Tierzelle ist ein Typ der eukaryotischen Zelle, aus dem viele Gewebe bei Tieren aufgebaut sind.

Besonderheiten der Tierzelle

Die Tierzelle unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht von Pflanzenzellen, da ihr eine Zellwand, Chloroplasten und große Vakuolen fehlen. Da keine starre Zellwand vorhanden ist, können tierische Zellen eine Vielzahl von Formen annehmen. Phagozyten (Fresszellen) können sogar andere Strukturen aufnehmen und verschlingen.

Organellen und ihre Funktionen

1. Zellmembran (Plasmamembran): Ist die äußere Begrenzung der Zelle, gebildet durch Phospholipide. Ihre Funktion besteht darin, die Zelle abzugrenzen und zu kontrollieren, welche Stoffe in die Zelle hinein- und herauskommen.
2. Mitochondrien: Winzige Zellstrukturen mit Doppelmembran, verantwortlich für die Umwandlung von Nährstoffen in energiereiches Adenosintriphosphat (ATP), das als „Zellbrennstoff“ wirkt. Aufgrund dieser Rolle, die als Zellatmung bezeichnet wird, gelten Mitochondrien als der Motor der Zelle.
3. Chromatin: Makromolekularer Komplex, gebildet durch die Assoziation von Desoxyribonukleinsäure (DNA) und basischen Proteinen (Histonen), der im Kern eukaryotischer Zellen zu finden ist.
4. Lysosomen: Durch eine Membran abgegrenzter Sack, der in Zellen mit Kern (Eukaryonten) vorhanden ist und Verdauungsenzyme enthält, die komplexe Moleküle abbauen. Lysosomen sind reichlich in Zellen vorhanden, die Krankheiten bekämpfen, wie z. B. Leukozyten (weiße Blutkörperchen), die schädliche Eindringlinge und Zelltrümmer zerstören.
5. Golgi-Apparat: Ein ausgeprägtes System von Membranen, das sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Zellen zu finden ist.
6. Zytoplasma: Das Zytoplasma umfasst das gesamte Zellvolumen mit Ausnahme des Kerns. Es enthält viele spezialisierte Strukturen und Organellen.
7. Endoplasmatisches Retikulum (ER): Ein dichtes Netzwerk von Röhrchen, das der Produktion und dem Transport von Vormaterialien in Zellen mit Kern (Eukaryonten) dient. Das ER besteht aus begrenzten, verzweigten Membrantubuli und abgeflachten Säcken, die sich in das Zytoplasma erstrecken und mit der Doppelmembran, die den Kern umgibt, verbunden sind. Es gibt zwei Arten von ER: glattes und raues.
8. Raues Endoplasmatisches Retikulum (RER): Die Außenfläche des rauen ER ist mit winzigen Strukturen, den Ribosomen, bedeckt, wo die Proteinsynthese stattfindet. Es transportiert Proteine von den Ribosomen zu den benötigten zellulären Regionen oder zum Golgi-Apparat, wo sie exportiert werden können.
9. Glattes Endoplasmatisches Retikulum (GER): Das glatte ER hat mehrere Funktionen. Es ist an der Synthese fast aller Lipide beteiligt, die die Zellmembranen und andere Membranen (wie die der Mitochondrien) bilden. Spezialisierte Zellen im Fettstoffwechsel, einschließlich der Leberzellen, neigen dazu, mehr glattes ER zu besitzen. Das glatte ER ist auch an der Kalziumaufnahme und -freisetzung beteiligt, um bestimmte Arten von Zellaktivitäten zu vermitteln. In Skelettmuskelzellen beispielsweise löst die Freisetzung von Kalzium durch das ER die aktive Muskelkontraktion aus.
10. Karyoplasma (Kernplasma): Der Kern der eukaryotischen Zellen ist eine diskrete Struktur, die Chromosomen enthält, welche die Träger des Erbguts der Zelle sind. Er ist vom Rest der Zelle durch eine zweischichtige Kernmembran getrennt und enthält ein Material namens Kernplasma. Die Kernmembran ist von Poren durchbrochen, die den Austausch von Zellmaterial zwischen Zytoplasma und Kernplasma ermöglichen.
11. Zellkern (*Nucleus*): Er ist die auffälligste Struktur in fast allen tierischen und pflanzlichen Zellen, charakterisiert durch eine umgebende Membran. Er ist kugelförmig und hat einen Durchmesser von ca. 5 µm. Im Kern sind die DNA-Moleküle und Proteine in Form von Chromosomen organisiert, die paarweise identisch erscheinen. Die Chromosomen sind stark verdrillt und verworren, was ihre separate Bestimmung erschwert.
12. Nukleolus (Kernkörperchen): Struktur innerhalb des Zellkerns, die an der Bildung von Ribosomen beteiligt ist (Zellorganellen für die Proteinsynthese). Der Zellkern enthält in der Regel eine oder mehrere Nukleolen, die als dichte Fasern und Granulate von unregelmäßiger Form erscheinen. Sie sind nicht durch Membranstrukturen vom Rest des Kerns getrennt.
13. Centriolen: Jede der zwei zylindrischen Strukturen, die sich im Zentrum eines Organells der eukaryotischen Zelle, dem Zentrosom, befinden. Das Paar Centriolen ist als Diplosom bekannt und die Centriolen sind senkrecht zueinander angeordnet.
14. Ribosomen: Zellorganellen, die Ribonukleinsäure (RNA) binden, spezifische Sequenzen von Aminosäuren enthalten und somit Proteine bilden (Proteinsynthese). Ribosomen kommen in allen Zellen vor, auch innerhalb der Mitochondrien und Chloroplasten. Die meisten Ribosomen schwimmen frei im Zytoplasma, aber viele sind mit dem Netzwerk der Röhrenmembranen, dem Endoplasmatischen Retikulum, verbunden.
15. Plasmamembran (Struktur): Die Plasmamembran eukaryotischer Zellen ist eine dynamische Struktur aus zwei Schichten von Phospholipid-Molekülen, in die Cholesterin und Proteine eingelagert sind. Phospholipide besitzen einen hydrophilen Kopf und zwei hydrophobe Schwänze. Die beiden Phospholipidschichten sind so angeordnet, dass die Köpfe nach außen und die Schwänze nach innen zeigen. Das bedeutet, dass die hydrophilen Gruppen zur wässrigen Phase gerichtet sind: die äußere Schicht zur extrazellulären Flüssigkeit und die innere Schicht zum Zytoplasma.